侯書(shū)林，張佳喜，謝建華，王旭峰

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)；4.塔里木大學(xué)）

殘膜污染調(diào)研及機(jī)械化回收裝備

侯書(shū)林1，張佳喜2，謝建華3，王旭峰4

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)；4.塔里木大學(xué)）

文中闡述了地膜覆蓋技術(shù)及殘膜污染現(xiàn)狀，重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)了新疆部分地區(qū)地膜殘留量，分析了殘膜回收機(jī)械存在的主要技術(shù)問(wèn)題，并介紹了中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院在殘膜機(jī)械化回收技術(shù)與裝備上的研究成果，對(duì)今后殘膜污染回收治理提出了建議。

地膜；覆蓋；殘留量；機(jī)械化回收；技術(shù)；裝備

1 地膜覆蓋技術(shù)及殘膜污染概況

地膜覆蓋栽培技術(shù)自20世紀(jì)70年代末引入我國(guó)以來(lái)，以其增溫、保墑、抑制雜草生長(zhǎng)、增加作物產(chǎn)量等顯著特點(diǎn)，是大幅度提高作物生產(chǎn)產(chǎn)量、縮短作物的生長(zhǎng)期，提早作物上市的一項(xiàng)切實(shí)可行的技術(shù)。深受廣大農(nóng)民的歡迎，已在我國(guó)許多地方迅速推廣，目前，在我國(guó)的新疆、山東、山西、黑龍江、甘肅等寒冷、干旱及半干旱地區(qū)，地膜覆蓋栽培技術(shù)已普遍應(yīng)用于棉花、玉米、番茄、蔬菜、瓜類(lèi)、烤煙等40多種農(nóng)作物，其中以棉花為最多。給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益，稱(chēng)作為農(nóng)業(yè)中的“白色革命”。

隨著地膜覆蓋種植技術(shù)的推廣，地膜覆蓋作物的種類(lèi)和面積逐年增加，塑料薄膜的使用量也迅速增加。全國(guó)年鋪膜面積接近2 000萬(wàn)hm2，地膜使用量已達(dá)125萬(wàn)t，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的地膜覆蓋種植國(guó)家。

覆膜種植技術(shù)在帶來(lái)增產(chǎn)、增效的同時(shí)，也產(chǎn)生了地膜污染土地的嚴(yán)重問(wèn)題。地膜為聚乙烯化合物，在自然條件下極難降解，在土壤中可存在200～400年。如果收獲后殘留于田間的地膜不及時(shí)清除，隨著覆膜年限的增長(zhǎng)，殘留在土壤里的地膜逐年增加，造成了農(nóng)田和環(huán)境的嚴(yán)重污染，破壞了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，對(duì)生態(tài)環(huán)境、土壤結(jié)構(gòu)、作物生長(zhǎng)發(fā)育造成了嚴(yán)重不良影響，影響農(nóng)田的正常作業(yè)與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。牲畜誤食還會(huì)引起疾病甚至死亡，給城市周?chē)紖^(qū)及農(nóng)村耕地造成了嚴(yán)重的“白色污染”。

據(jù)農(nóng)業(yè)部門(mén)專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查，每年殘存在田間、土壤、溝河中的塑料薄膜至少占使用總量的10%以上，現(xiàn)累積殘存量已在百萬(wàn)噸以上，造成田間溝渠經(jīng)常因地膜積累發(fā)生堵塞。據(jù)大量生產(chǎn)實(shí)踐調(diào)查：地膜已密布土壤整個(gè)耕作層，嚴(yán)重地區(qū)地膜存留量己達(dá)32～38 kg/667m2。新疆兵團(tuán)棉花苗期因地膜造成棉花等農(nóng)作物根系壞死，導(dǎo)致缺苗斷垅影響出苗率平均達(dá)14%以上。爛種爛芽率平均達(dá)7.8%以上，使棉花、小麥、玉米等十多種作物減產(chǎn)達(dá)11%以上?？傮w而言，地膜殘留量越多對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量影響就越大，地膜污染危害程度己接近塑料覆蓋所增產(chǎn)的臨界值。

2 新疆部分地區(qū)地膜殘留量采樣調(diào)研

項(xiàng)目組成員通過(guò)大量的實(shí)地調(diào)研采集了新疆部分地區(qū)地膜殘留量數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1、2。

表1 阿克蘇地區(qū)地膜殘留量

表2 和田、博樂(lè)、石河子、伊犁等地區(qū)地膜殘留量

3 殘膜回收機(jī)械主要存在的問(wèn)題

（1）一般殘膜機(jī)作業(yè)功能單一；

（2）機(jī)具殘膜回收率較低，通常僅為60%～70%左右，且收后殘膜潔凈度極差，膜、稈、土混合嚴(yán)重；

（3）作業(yè)速度較低，一般僅為3～4 km/h，導(dǎo)致生產(chǎn)率低下，使用者經(jīng)濟(jì)效益不明顯；

（4）農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合不夠，機(jī)具作業(yè)適應(yīng)性較差；

（5）殘膜回收機(jī)關(guān)鍵工作部件缺乏深入理論研究，僅靠每年的農(nóng)時(shí)作業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，研究期較長(zhǎng)。

4 殘膜機(jī)械化回收裝備

研究證明，解決上述“白色污染”的直接有效的辦法就是清除田間的殘存地膜，方法有人工撿拾和機(jī)械清除兩種。其中機(jī)械清除效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低，殘膜清除率高，目前急需開(kāi)展地膜回收技術(shù)與裝備的研究。

本課題組由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院教師組成，課題組對(duì)殘膜回收機(jī)已有多年研究基礎(chǔ)，先后承擔(dān)和完成了多項(xiàng)殘膜回收機(jī)研究項(xiàng)目，包括國(guó)家科技支撐項(xiàng)目、國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目、國(guó)家高技術(shù)研究（863）項(xiàng)目和公益性行業(yè)科技專(zhuān)項(xiàng)及省市級(jí)項(xiàng)目等，在殘膜回收機(jī)研究方面已經(jīng)取得大量成果，包括已經(jīng)獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利4項(xiàng)，軟件著作權(quán)2項(xiàng)，發(fā)表相關(guān)論文30余篇，獲得殘膜回收機(jī)機(jī)型3種。

4.1 滾筒彈齒式殘膜回收機(jī)

運(yùn)用滾筒外緣分布的彈齒扎膜挑膜，滾筒卷膜回收殘膜。工作時(shí)，在拖拉機(jī)的牽引下，滾筒貼緊地表仿形并在彈齒的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)，滾筒外緣分布的彈齒尖扎入地膜并在隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)挑起地膜并使地膜卷到滾筒外緣，完成殘膜回收。為提高殘膜清潔度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮雜物清除，包括成對(duì)對(duì)稱(chēng)使用帶有傾斜角度的滾筒，中間加裝切膜分離刀，保證膜上雜物在地膜被切開(kāi)分離的同時(shí)滑動(dòng)脫落，實(shí)現(xiàn)膜雜分離。該機(jī)型適于大根茬作物的殘膜回收。

圖1 滾筒彈齒式殘膜回收機(jī)

4.2 彈齒輪轉(zhuǎn)挑膜式殘膜回收機(jī)

運(yùn)用固定軌跡運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)彈齒實(shí)現(xiàn)扎膜、挑膜、卸膜和復(fù)位，循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)殘膜回收。為提高卸脫膜的可靠性，機(jī)具附加了推板脫模輔助機(jī)構(gòu)。

工作時(shí)，機(jī)具前部松土鏟深入膜下土壤，疏松板結(jié)的土壤，實(shí)現(xiàn)膜土分離。彈齒在回轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)下隨轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，在凸輪機(jī)構(gòu)的控制下，彈齒實(shí)現(xiàn)入土扎膜、上抬挑膜、低頭平抽卸膜、旋轉(zhuǎn)復(fù)位完成殘膜回收。為提高卸膜的可靠性，機(jī)具附加了推板卸膜輔助機(jī)構(gòu)，在彈齒低頭平抽的同時(shí)推板推膜實(shí)現(xiàn)可靠卸膜。卸下脫落的殘膜掉入集膜箱完成殘膜回收工作。該機(jī)型收膜可靠。適于小根茬作物的殘膜回收。

圖2 彈齒輪轉(zhuǎn)挑膜式殘膜回收機(jī)

4.3 鏈齒摟挑式殘膜回收機(jī)

借鑒摟耙集膜原理，通過(guò)鏈齒摟耙集膜、挑膜輸送、鏈齒抖動(dòng)除雜、彈性刮板卸膜，膜箱集膜實(shí)現(xiàn)殘膜回收。

工作時(shí)機(jī)具前部安裝有松土鏟松土實(shí)現(xiàn)膜土脫離，利用裝有彈齒的鏈條運(yùn)動(dòng)，鏈條下部3個(gè)以上的彈齒處于水平位置實(shí)現(xiàn)摟集膜，彈齒可以上下小范圍內(nèi)浮動(dòng)仿形，彈齒尖部緊貼地表保證連續(xù)摟集膜。運(yùn)動(dòng)到鏈輪周邊的彈齒旋轉(zhuǎn)上抬將摟集的地膜挑起，并向上輸送。輸送的過(guò)程中，鏈條在凸輪的作用下帶動(dòng)彈齒同步抖動(dòng)，使地膜與夾帶裹起的雜物分離并通過(guò)鏈條間隙滑落，實(shí)現(xiàn)膜雜分離。彈齒掛起的地膜到達(dá)頂部，通過(guò)彈齒的轉(zhuǎn)動(dòng)，在地膜重力作用下從彈齒上脫落實(shí)現(xiàn)卸膜。為提高卸膜的可靠性，機(jī)具附加了彈性刮膜板輔助卸膜。脫落及刮掉的地膜落入膜箱實(shí)現(xiàn)集膜。完成殘膜回收工作。該機(jī)型殘膜收凈率高。適于播前殘膜回收。

圖3 鏈齒摟挑式殘膜回收機(jī)

5 建議

殘膜污染危害的成因是多方面的，因此，治理殘膜污染危害也需從政策、技術(shù)、宣傳等多方面著手，實(shí)施綜合治理，穩(wěn)步推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

5.1 使用符合回收機(jī)械作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)地膜

建議提高地膜厚度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，由目前執(zhí)行的0.008mm±0.003mm提高至以0.01mm為最低極限值。同時(shí)財(cái)政上可給予購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)厚度地膜的農(nóng)民一定補(bǔ)助，鼓勵(lì)農(nóng)民購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)厚度地膜。對(duì)生產(chǎn)和銷(xiāo)售超薄膜的企業(yè)予以重罰，從源頭上治理地膜生產(chǎn)銷(xiāo)售環(huán)節(jié)不規(guī)范的問(wèn)題。

5.2 支持科研創(chuàng)新

建議農(nóng)機(jī)部門(mén)優(yōu)先安排殘膜回收機(jī)具的科研開(kāi)發(fā)；在科技和財(cái)政發(fā)展資金、項(xiàng)目中安排專(zhuān)項(xiàng)，用于殘膜回收機(jī)械的科研開(kāi)發(fā)、改進(jìn)創(chuàng)新；鼓勵(lì)企業(yè)、科研院（所）校、推廣等聯(lián)合攻關(guān)，進(jìn)一步加大科研創(chuàng)新力度，提高殘膜回收機(jī)械化科技水平。

5.3 實(shí)行作業(yè)補(bǔ)貼

對(duì)農(nóng)民回收殘膜政府給予補(bǔ)助，尤其對(duì)機(jī)械化殘膜回收作業(yè)給予作業(yè)補(bǔ)助，形成機(jī)械化作業(yè)市場(chǎng)，引導(dǎo)農(nóng)民或者農(nóng)機(jī)合作組織自發(fā)完成殘膜回收。

5.4 殘膜的再生資源化利用

要制定一些優(yōu)惠政策以鼓勵(lì)回收、加工、利用廢舊地膜的企業(yè)的發(fā)展。對(duì)回收廢膜作原料的企業(yè)政府應(yīng)給予補(bǔ)助，農(nóng)民回收殘膜也可獲得一定的經(jīng)濟(jì)利益。體現(xiàn)“誰(shuí)污染、誰(shuí)治理”的原則，要求地膜銷(xiāo)售部門(mén)和地膜消費(fèi)者自行回收利用。

Survey on Residual Film Pollution and Mechanized Recycling Equipment

HOU Shu-lin1,ZHANG Jia-xi2,XIE Jian-hua3,WANG Xu-feng4

(1.Engineering college,China Agricultural University,Beijing,100000,China;2.Agriculturalmechanization research institute, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences;3.Xinjiang Agricultural University;4.Tarim University)

This text elaborates film covering technology and present situation of residual film pollution,focuses on film residual quantity in part of prefectures in Southern Xinjiang,analyzes the main technical problems of film recycling mechinery,intruduces the reaserch results of engineering college of China Agricultural University in residual film mechanized recycling technology and equipmentand puts forward relative suggestion for residual film polution abatement in the future.

Film;Cover;Residualquantity;Mechanized recycling;Technology;Equipment

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.04.003

S223.5

A

1007-7782（2016）05-0012-03

2016-10-22

壟作馬鈴薯殘膜回收技術(shù)裝備研發(fā)與示范，公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)子課題（201503105-4）

侯書(shū)林，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)研究、機(jī)械制造及其自動(dòng)化